KR101188870B1 - Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it - Google Patents

Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it Download PDF

Info

Publication number
KR101188870B1
KR101188870B1 KR1020110061892A KR20110061892A KR101188870B1 KR 101188870 B1 KR101188870 B1 KR 101188870B1 KR 1020110061892 A KR1020110061892 A KR 1020110061892A KR 20110061892 A KR20110061892 A KR 20110061892A KR 101188870 B1 KR101188870 B1 KR 101188870B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mode
voltage
output voltage
switch
multiplier
Prior art date
Application number
KR1020110061892A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이강윤
박준성
부영건
최영수
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020110061892A priority Critical patent/KR101188870B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101188870B1 publication Critical patent/KR101188870B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

PURPOSE: A multi mode active rectifier with a wide input voltage range and a rectifying method using the same are provided to widen an input voltage range by operating as an active rectifier, a two-stage voltage multiplier, and a three-stage voltage multiplier according to the input voltage range. CONSTITUTION: When an output voltage is lower than a reference voltage, a first multiplier mode is operated. The output voltage is dropped by a second multiplier mode. The output voltage is raised by a third multiplier mode. The third multiplier mode is a bootstrap circuit. When the output voltage is greater than the reference voltage, an active rectifier is operated by a rectifier mode.

Description

넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기 및 이를 이용한 정류 방법{Multi-mode active Rectifier having wide input voltage range and the method using it}Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it}

본 발명은 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기 및 이를 이용한 정류 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기에 대한 발명으로 다중 모드 전압 체배기를 통해 넓은 입력 전압 범위를 갖고 능동 회로를 이용한 정류기 구조를 통해 높은 전력 변환 효율을 가질 수 있는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기 및 이를 이용한 정류 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range and a rectification method using the same. More particularly, the present invention relates to a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range. The present invention relates to a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range capable of high power conversion efficiency through a rectifier structure using an active circuit and a rectification method using the same.

도1 내지 도3에서 보는 바와 같이 기존에는 일반적인 정류 회로는 출력 전압 범위를 조절할 수 없는 전파 정류기 또는 전압 체배기를 단독으로 사용하였기 때문에 입력전압 범위가 매우 제한되었다.As shown in Figs. 1 to 3, conventional rectifier circuits have limited input voltage ranges because they use a full-wave rectifier or a voltage multiplier that cannot adjust the output voltage range.

구체적으로 살펴보면 도4에서 보는 바와 같이 기존의 일반적인 전파 정류기는 Threshold 전압이 VTH1(M1의 Threshold 전압)과, VTH2(M2의 Threshold 전압)과, VTH3(M3의 Threshold 전압)과, VTH4(M4의 Threshold 전압)으로 나뉘어 진다.Specifically, as shown in FIG. 4, the conventional full-wave rectifier has a threshold voltage of V TH1 (threshold voltage of M 1 ), V TH2 (threshold voltage of M 2 ), V TH3 (threshold voltage of M 3 ), It is divided into V TH4 (the threshold voltage of M 4 ).

따라서 출력전압은 VOUT = VAC - (VTH1 ,2 + VTH3 ,4)의 값으로 나타나게 된다.Therefore, the output voltage is represented by the value of V OUT = V AC- (V TH1 , 2 + V TH3 , 4 ).

그러나 이러한 종래 발명들은 낮은 입력전압이 인가되어 원하는 출력전압을 생성하지 못할 수 있고, 높은 입력전압에서는 다음 단 회로에 무리를 주기 문제점이 발생한다.However, these conventional inventions may not produce a desired output voltage because a low input voltage is applied, and a problem arises that the next stage circuit is overwhelmed at a high input voltage.

또한 종래 발명들은 전력변환 효율이 낮고 입력전압의 범위가 좁은 문제점이 있었다.In addition, the conventional inventions have a problem of low power conversion efficiency and a narrow range of input voltage.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 낮은 전압이 입력될 경우에는 정류기로 동작을 하게 되고 높은 전압이 입력될 경우에는 전압 체배기로 동작하여 낮은 전압부터 높은 전압까지 넓은 입력 전압 범위에서 동작이 가능한 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기 및 이를 이용한 정류 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention operates as a rectifier when a low voltage is input, and operates as a voltage multiplier when a high voltage is input, thereby enabling operation in a wide input voltage range from a low voltage to a high voltage. An object of the present invention is to provide a multi-mode active rectifier having an input voltage range and a rectification method using the same.

본 발명은 입력전압이 낮아서 출력전압이 기준전압 이하가 될 경우, 초기 상태(state)인 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우 제5스위치(S5)는 오프(Off)하고 제4스위치(S4)를 온(On)하여 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)로 동작하여 출력전압을 하강시키는 단계와, 상기 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 상기 제4스위치(S4)를 오프시키고 제3스위치(S3)를 온하여 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)로 동작하여 출력전압을 하강시키는 단계와, 상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 제1스위치(S1)를 오프시키고 제2스위치(S2)를 온시켜서 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하도록 하여 능동정류기로 동작하는 단계와, 상기 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압보다 낮아질 경우에는 제2스위치(S2)를 오프시키고 제1스위치(S1)를 온시켜, 상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)로 회로를 구성하여 출력 전압을 상승시키는 단계로 이루어진다.The present invention operates in the first multiplier mode 1, which is an initial state, when the output voltage is lower than the reference voltage because the input voltage is low, and when the output voltage becomes higher than the reference voltage, the fifth switch S5. ) Is turned off and the fourth switch S4 is turned on to operate in a second multiplier mode 2 to decrease an output voltage, and the second multiplier mode 2 When the output voltage becomes higher than the reference voltage again, the fourth switch S4 is turned off and the third switch S3 is turned on to operate in the third multiplier mode 3 to output the output voltage. In the step of lowering and operating in the third multiplier mode 3, when the output voltage becomes higher than the reference voltage again, the first switch S1 is turned off and the second switch S2 is turned on to make the rectifier. In Rectifier mode Operating as an active rectifier and operating in the rectifier mode, when the output voltage is lower than the reference voltage, the second switch S2 is turned off and the first switch S1 is turned on. Configuring the circuit in the third multiplier mode 3 to increase the output voltage.

상기 제3멀티플라이어 모드는 전력변환 효율을 높이고 입력전압의 범위를 넓히기 위해 부트스트랩(bootstrap) 회로이다.The third multiplier mode is a bootstrap circuit to increase power conversion efficiency and widen an input voltage range.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통하여 VAC의 전류가 먼저 M5의 패스(path)로 흐르게 되고 VOUT _ HALF = VAC - VTH5 을 CL에 충전하는 단계와, 상기 CL이 완충되면 M6의 path로 전류가 흐르게 되고 VCB = VOUT - VTH6 을 CB에 충전하는 단계로 이루어진다.Through the bootstrap circuit, the current of V AC first flows into a path of M 5 and charges V OUT _ HALF = V AC -V TH5 to C L , and when the C L is buffered, Current flows through the path of M 6 , and V CB = V OUT -V TH6 is charged to C B.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로의 M3의 VSG 전압은 VSG = VAC - VCB = VAC - (VOUT_HALF - VTH6) 로 정의되고 VSG = |VTH3| 로 보면, 출력 전압은 VOUT _ HALF = VAC - (|VTH3| - VTH5) 가 되어, VTH5 과 VTH3을 상쇄 시키면 정류기 상단에서 소모되는 문턱(Threshold) 전압을 제거할 수 있다.The voltage V SG of M 3 of the bootstrap circuit is defined as V SG = V AC -V CB = V AC- (V OUT_HALF -V TH6 ) and V SG = | V TH3 | In other words , the output voltage is V OUT _ HALF = V AC- (| V TH3 |-V TH5 ), and canceling V TH5 and V TH3 eliminates the threshold voltage consumed at the top of the rectifier.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통한 능동정류기의 출력전압은 VOUT = VAC - VTH1 ,2이다.The output voltage of the active rectifier through the bootstrap circuit is V OUT = V AC -V TH1 , 2 .

본 발명은 입력전압이 낮아서 출력전압이 기준전압 이하가 될 경우 동작하는 초기 상태인 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)와, 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우 제5스위치(S5)는 오프(Off)하고 제4스위치(S4)를 온(On)하도록 동작하여 출력전압을 하강시키는 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)와, 상기 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 상기 제4스위치(S4)를 오프시키고 제3스위치(S3)를 온하도록 동작하여 출력전압을 하강시키고, 하기 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압보다 낮아질 경우에는 제2스위치(S2)를 오프시키고 제1스위치(S1)를 온시켜, 출력 전압을 상승시키는 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)와, 상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 제1스위치(S1)를 오프시키고 제2스위치(S2)를 온하도록 동작하여 능동정류기로 동작하는 렉티파이어 모드(Rectifier mode)로 구성된다.According to the present invention, the first multiplier mode 1, which is an initial state operating when the output voltage is lower than the reference voltage because the input voltage is low, and the fifth switch S5 is turned off when the output voltage is higher than the reference voltage. (Off) the second switch (Multiplier mode 2) for operating the fourth switch (S4) On (On) to lower the output voltage, and in the second multiplier mode (Multiplier mode 2) and again When the output voltage is higher than the reference voltage, the fourth switch S4 is turned off and the third switch S3 is turned on to lower the output voltage. The output voltage is operated in the rectifier mode described below. When the voltage is lower than the reference voltage, a third multiplier mode 3 for turning off the second switch S2 and turning on the first switch S1 to increase the output voltage, and the third multiplier mode ( multiplier mode 3) While standing operation if the re-output voltage is the reference voltage or above, it consists of a first rectifier mode (Rectifier mode) operative to turn off the switch (S1) and operative to turn on the second switch (S2) to the active rectifier.

상기 제3멀티플라이어 모드는 전력변환 효율을 높이고 입력전압의 범위를 넓히기 위해 부트스트랩(bootstrap) 회로이다.The third multiplier mode is a bootstrap circuit to increase power conversion efficiency and widen an input voltage range.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통하여 VAC의 전류가 먼저 M5의 패스(path)로 흐르게 되고 VOUT _ HALF = VAC - VTH5 을 CL에 충전하고, 상기 CL이 완충되면 M6의 path로 전류가 흐르게 되고 VCB = VOUT - VTH6 을 CB에 충전한다.The boot is of V AC current through the straps (bootstrap) circuit, first flows to the M 5 path (path) V OUT _ HALF = V AC - when filling the V TH5 for C L and the C L is buffered M 6 The current flows through the path of V CB = V OUT -V TH6 and charges C B.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로의 M3의 VSG 전압은 VSG = VAC - VCB = VAC - (VOUT_HALF - VTH6) 로 정의되고 VSG = |VTH3| 로 보면, 출력 전압은 VOUT _ HALF = VAC - (|VTH3| - VTH5) 가 되어, VTH5 과 VTH3을 상쇄시키면 정류기 상단에서 소모되는 문턱(Threshold) 전압을 제거할 수 있다.The voltage V SG of M 3 of the bootstrap circuit is defined as V SG = V AC -V CB = V AC- (V OUT_HALF -V TH6 ) and V SG = | V TH3 | The output voltage is V OUT _ HALF = V AC- (| V TH3 |-V TH5 ), and canceling V TH5 and V TH3 removes the threshold voltage consumed at the top of the rectifier.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통한 능동정류기의 출력전압은 VOUT = VAC - VTH1 ,2이다.The output voltage of the active rectifier through the bootstrap circuit is V OUT = V AC -V TH1 , 2 .

본 발명에 사용되는 능동 정류기는 일반적인 전파 정류기에 부트 스트랩(Bootstrap) 기법을 추가하여 능동 정류기 단독으로 회로가 구성될 경우 전파 정류기보다 전력 변환 효율을 높였다.The active rectifier used in the present invention adds a bootstrap technique to a general full-wave rectifier to improve power conversion efficiency than the full-wave rectifier when the circuit is configured by the active rectifier alone.

본 발명에 따르면 입력 전압 범위에 따라 능동 정류기, 전압 체배기, 2단 전압 체배기, 3단 전압 체배기로 동작 할 수 있기 때문에 넓은 입력 전압 범위를 가질 수 있으며, 스위치 선택을 통해 각 모드(mode)별 동작이 자유롭도록 구성되어 있다.According to the present invention, since it can operate as an active rectifier, a voltage multiplier, a two-stage voltage multiplier, and a three-stage voltage multiplier according to the input voltage range, it can have a wide input voltage range, and can operate in each mode through a switch selection. It is configured to be free.

본 발명에 따르면 능동 정류기에서 낮은 입력전압이 인가되어 원하는 출력전압을 생성하지 못할 경우 전압 체배기로 회로로 전환하여 출력전압을 상승시켜 원하는 출력전압을 얻을 수 있도록 하고, 높은 입력전압에서는 전압 체배기를 사용하게 되면 출력전압이 높아져 다음 단 회로에 무리를 주기 때문에 능동정류기로 회로로 전환하여 출력전압을 낮추게 할 수 있다.According to the present invention, when a low input voltage is applied from the active rectifier to generate a desired output voltage, the circuit is switched to a voltage multiplier to increase the output voltage to obtain a desired output voltage, and at a high input voltage, a voltage multiplier is used. If the output voltage is increased, the next stage circuit is overwhelmed so that the output voltage can be reduced by switching to the circuit with an active rectifier.

도1은 종래발명에 따른 전파 정류기를 보여주는 도면.
도2는 종래발명에 따른 전압 체배기를 보여주는 도면.
도3은 종래발명에 따른 2단 전압 체배기를 보여주는 도면.
도4는 종래발명에 따른 일반적인 전파 정류기를 보여주는 도면.
도5는 본 발명에 따른 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기를 보여주는 도면.
도6은 도5의 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)를 보여주는 도면.
도7은 도5의 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)를 보여주는 도면.
도8은 도5의 제3멀티플라이어 모드(Multiplier mode 3)를 보여주는 도면.
도9는 본 발명에 따른 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기의 부트 스트랩 기법을 사용한 회로를 보여주는 도면.1 is a view showing a full-wave rectifier according to the present invention.
2 is a view showing a voltage multiplier according to the present invention.
3 is a view showing a two-stage voltage multiplier according to the present invention.
4 is a view showing a general full wave rectifier according to the present invention.
5 shows a multi-mode active rectifier with a wide input voltage range in accordance with the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a first multiplier mode 1 of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 illustrates a second multiplier mode 2 of FIG. 5; FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a third multiplier mode 3 of FIG. 5.
9 shows a circuit using the bootstrap technique of a multi-mode active rectifier with a wide input voltage range in accordance with the present invention.

본 발명은 다중모드 능동 정류기의 출력전압이 비교기를 사용하여 기준 전압보다 작을 경우 각 스위치를 온(On) 하고 입력전압이 낮을 경우에도 높은 출력전압을 생성할 수 있도록 하고 입력전압이 높을 경우는 각 스위치를 오프(Off) 하여 출력전압이 너무 높게 생성되지 않도록 구성되어 있다.According to the present invention, when the output voltage of the multi-mode active rectifier is less than the reference voltage using a comparator, each switch is turned on and a high output voltage can be generated even when the input voltage is low. The switch is turned off so that the output voltage is not generated too high.

구체적으로 도5 내지 도8에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기는 입력 전압 범위에 따라 능동 정류기, 전압 체배기, 2단 전압 체배기, 3단 전압 체배기로 동작 할 수 있도록 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)와 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)와 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)와 렉티파이어 모드(Rectifier mode)로 구성되어 넓은 입력 전압 범위를 가질 수 있으며, 스위치 선택을 통해 각 모드(mode)별로 동작된다.Specifically, as shown in FIGS. 5 to 8, the multi-mode active rectifier having a wide input voltage range according to the present invention may operate as an active rectifier, a voltage multiplier, a two-stage voltage multiplier, and a three-stage voltage multiplier according to the input voltage range. The first multiplier mode (Multiplier mode 1), the second multiplier mode (Multiplier mode 2), the third multiplier mode (multiplier mode 3) and rectifier mode (Rectifier mode) to have a wide input voltage range It is operated by each mode through switch selection.

상기 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)는 입력전압이 낮아서 출력전압이 기준전압 이하가 될 경우 동작하는 초기 상태이다.The first multiplier mode 1 is an initial state in which the output voltage is lower than the reference voltage because the input voltage is low.

상기 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)는 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우 제5스위치(S5)는 오프(Off)하고 제4스위치(S4)를 온(On)하도록 동작하여 출력전압을 하강시키는 모드이다.In the second multiplier mode 2, when the output voltage becomes higher than or equal to the reference voltage, the fifth switch S5 is turned off and the fourth switch S4 is turned on to turn on the output voltage. The mode to descend.

상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)는 상기 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 상기 제4스위치(S4)를 오프시키고 제3스위치(S3)를 온하도록 동작하여 출력전압을 하강시키고, 하기 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압보다 낮아질 경우에는 제2스위치(S2)를 오프시키고 제1스위치(S1)를 온시켜, 출력 전압을 상승시키는 모드이다.The third multiplier mode 3 operates in the second multiplier mode 2, and when the output voltage becomes higher than the reference voltage, the fourth switch S4 is turned off and the third switch Operate to turn on (S3) to lower the output voltage, operate in the rectifier mode below, if the output voltage is lower than the reference voltage, turn off the second switch (S2) and turn off the first switch (S1) It turns on and raises an output voltage.

상기 렉티파이어 모드(Rectifier mode)는 상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 제1스위치(S1)를 오프시키고 제2스위치(S2)를 온하도록 동작하여 능동정류기로 동작하는 모드이다.The rectifier mode operates in the third multiplier mode 3, and when the output voltage becomes higher than the reference voltage, the first switch S1 is turned off and the second switch S2 is turned off. It is a mode to operate as an active rectifier by operating to ON.

또한 본 발명은 부트 스트랩 기법을 추가하여 전파 정류기보다 전력 변환 효율이 높은 능동 정류기로 구성하기 위해, 상기 제3멀티플라이어 모드는 전력변환 효율을 높이고 입력전압의 범위를 넓히기 위한 부트스트랩(bootstrap) 회로로 구성하고, 이를 통하여 VAC의 전류가 먼저 M5의 패스(path)로 흐르게 되고 VOUT _ HALF = VAC - VTH5 을 CL에 충전하고, 상기 CL이 완충되면 M6의 path로 전류가 흐르게 되고 VCB = VOUT - VTH6 을 CB에 충전한다.In addition, the third multiplier mode is a bootstrap circuit for increasing power conversion efficiency and widening the input voltage range in order to configure the active rectifier having a higher power conversion efficiency than the full wave rectifier by adding a bootstrap technique. Through this, the current of V AC first flows into the path of M 5 , and V OUT _ HALF = V AC -V TH5 is charged to C L , and when C L is fully buffered, it passes to the path of M 6 . current flows and V CB V OUT = - fills the V TH6 in C B.

즉 상기 부트스트랩(bootstrap) 회로의 M3의 VSG 전압은 VSG = VAC - VCB = VAC - (VOUT _ HALF - VTH6) 로 정의되고 VSG = |VTH3| 로 보면, 출력 전압은 VOUT _ HALF = VAC - (|VTH3| - VTH5) 가 되어, VTH5 과 VTH3을 상쇄 시키면 정류기 상단에서 소모되는 Threshold 전압을 제거할 수 있고, 능동 정류기 단독으로 회로가 구성될 경우 전파 정류기보다 전력 변환 효율을 높였다.That is, the voltage V SG of M 3 of the bootstrap circuit is defined as V SG = V AC -V CB = V AC- (V OUT _ HALF -V TH6 ) and V SG = | V TH3 | The output voltage is V OUT _ HALF = V AC- (| V TH3 |-V TH5 ), and canceling V TH5 and V TH3 eliminates the threshold voltage consumed at the top of the rectifier. When the circuit is configured, the power conversion efficiency is higher than that of the full-wave rectifier.

여기에서 상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통한 능동정류기의 출력전압은 VOUT = VAC - VTH1 ,2이다.Here, the output voltage of the active rectifier through the bootstrap circuit is V OUT = V AC -V TH1 , 2 .

따라서 본 발명은 입력 전압 범위에 따라 능동 정류기, 전압 체배기, 2단 전압 체배기, 3단 전압 체배기로 동작 할 수 있기 때문에 넓은 입력 전압 범위를 가질 수 있다.
Therefore, the present invention can have a wide input voltage range because it can operate as an active rectifier, a voltage multiplier, a two-stage voltage multiplier, a three-stage voltage multiplier according to the input voltage range.

이하 본 발명의 실시를 위한 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기를 이용한 정류 방법에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a rectification method using a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range for the implementation of the present invention will be described in detail.

먼저 입력전압이 낮아서 출력전압이 기준전압 이하가 될 경우, 초기 상태(state)인 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우 제5스위치(S5)는 오프(Off)하고 제4스위치(S4)를 온(On)하여 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)로 동작하여 출력전압을 하강시킨다.First, when the input voltage is low and the output voltage is lower than the reference voltage, the first switch is operated in the first multiplier mode 1, which is an initial state, and when the output voltage is higher than the reference voltage, the fifth switch S5 The output switch is turned off and the fourth switch S4 is turned on to operate in the second multiplier mode 2 to decrease the output voltage.

그리고 상기 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 상기 제4스위치(S4)를 오프시키고 제3스위치(S3)를 온하여 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)로 동작하여 출력전압을 하강시킨다.When the output voltage becomes higher than the reference voltage while operating in the second multiplier mode 2, the fourth switch S4 is turned off and the third switch S3 is turned on to turn on the third multiplier mode. Operate in (multiplier mode 3) to reduce the output voltage.

계속하여 상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 제1스위치(S1)를 오프시키고 제2스위치(S2)를 온시켜서 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하도록 하여 능동정류기로 동작한다.After the operation in the third multiplier mode 3 and the output voltage again exceeds the reference voltage, the first switch (S1) is turned off and the second switch (S2) is turned on to the rectifier mode (Rectifier) mode) to operate as an active rectifier.

그리고 상기 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압보다 낮아질 경우에는 제2스위치(S2)를 오프시키고 제1스위치(S1)를 온시켜, 상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)로 회로를 구성하여 출력 전압을 상승시킨다.When the output voltage is lower than the reference voltage while operating in the rectifier mode, the second switch S2 is turned off and the first switch S1 is turned on to turn on the third multiplier mode 3. Configure the circuit to increase the output voltage.

상기 제3멀티플라이어 모드는 전력변환 효율을 높이고 입력전압의 범위를 넓히기 위해 부트스트랩(bootstrap) 회로이고, 상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통하여 VAC의 전류가 먼저 M5의 패스(path)로 흐르게 되고 VOUT _ HALF = VAC - VTH5 을 CL에 충전하는 단계와, 상기 CL이 완충되면 M6의 path로 전류가 흐르게 되고 VCB = VOUT - VTH6 을 CB에 충전하는 단계가 추가적으로 이루어진다.The third multiplier mode is a bootstrap circuit to increase power conversion efficiency and widen an input voltage range, and the current of V AC first passes through a path of M 5 through the bootstrap circuit. flow and V OUT _ HALF = V AC - If V comprising the steps of: filling the TH5 for C L, wherein C L is a buffer flow, the current in the M 6 path and V CB = V OUT - V for charging the TH6 in C B Steps are additionally made.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로의 M3의 VSG 전압은 VSG = VAC - VCB = VAC - (VOUT_HALF - VTH6) 로 정의되고 VSG = |VTH3| 로 보면, 출력 전압은 VOUT _ HALF = VAC - (|VTH3| - VTH5) 가 되어, VTH5 과 VTH3을 상쇄시키면 정류기 상단에서 소모되는 문턱(Threshold) 전압을 제거할 수 있다.The voltage V SG of M 3 of the bootstrap circuit is defined as V SG = V AC -V CB = V AC- (V OUT_HALF -V TH6 ) and V SG = | V TH3 | The output voltage is V OUT _ HALF = V AC- (| V TH3 |-V TH5 ), and canceling V TH5 and V TH3 removes the threshold voltage consumed at the top of the rectifier.

상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통한 능동정류기의 출력전압은 VOUT = VAC - VTH1 ,2로서, 종래 기술의 출력전압인 VOUT = VAC - (VTH1 ,2 + VTH3 ,4)와 비교해 보면 VTH3,4를 제거할 수 있기 때문에 전력 변환 효율을 높이고 입력전압의 범위를 넓힐 수 있다.The output voltage of the active rectifier through the bootstrap circuit is V OUT = V AC -V TH1 , 2 , and the output voltage of the prior art V OUT = V AC- (V TH1 , 2 + V TH3 , 4 ) In comparison, V TH3,4 can be eliminated, increasing power conversion efficiency and widening the input voltage range.

따라서 본 발명은 다중 모드 전압 체배기를 통해 넓은 입력 전압 범위를 갖고 능동 회로를 이용한 정류기 구조를 통해 높은 전력 변환 효율을 가질 수 있다.
Accordingly, the present invention may have a high input voltage conversion efficiency through a multi-mode voltage multiplier and a rectifier structure using an active circuit.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. The present invention is not limited to the drawings.

VTH1 : M1의 Threshold 전압
VTH2 : M2의 Threshold 전압
VTH3 : M3의 Threshold 전압
VTH4 : M4의 Threshold 전압
VTH5 : M5의 Threshold 전압
VTH6 : M6의 Threshold 전압
S1, S2, S3, S4, S5 : 스위치Threshold voltage of V TH1 : M 1
V TH2 : Threshold voltage of M 2
V TH3 : Threshold voltage of M 3
Threshold voltage of V TH4 : M 4
Threshold voltage of V TH5 : M 5
Threshold voltage of V TH6 : M 6
S1, S2, S3, S4, S5: Switch

Claims (10)

입력전압이 낮아서 출력전압이 기준전압 이하가 될 경우, 초기 상태(state)인 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우 제5스위치(S5)는 오프(Off)하고 제4스위치(S4)를 온(On)하여 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)로 동작하여 출력전압을 하강시키는 단계와;
상기 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 상기 제4스위치(S4)를 오프시키고 제3스위치(S3)를 온하여 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)로 동작하여 출력전압을 하강시키는 단계와;
상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 제1스위치(S1)를 오프시키고 제2스위치(S2)를 온시켜서 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하도록 하여 능동정류기로 동작하는 단계와;
상기 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압보다 낮아질 경우에는 제2스위치(S2)를 오프시키고 제1스위치(S1)를 온시켜, 상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)로 회로를 구성하여 출력 전압을 상승시키는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기를 이용한 정류 방법.When the output voltage is lower than the reference voltage due to the low input voltage, the first switch operates in the first multiplier mode 1, which is an initial state, and when the output voltage becomes higher than the reference voltage, the fifth switch S5 is turned off. (Off) and turning on the fourth switch S4 to operate in a second multiplier mode 2 to lower the output voltage;
When the output voltage becomes higher than the reference voltage while operating in the second multiplier mode 2, the fourth switch S4 is turned off and the third switch S3 is turned on to turn on the third multiplier mode ( operating the multiplier mode 3) to drop the output voltage;
In operation in the third multiplier mode 3, when the output voltage becomes higher than the reference voltage again, the first switch S1 is turned off and the second switch S2 is turned on to make a rectifier mode. Operating as an active rectifier to operate at;
When the output voltage is lower than the reference voltage while operating in the rectifier mode, the second switch S2 is turned off and the first switch S1 is turned on, so that the third multiplier mode 3 is turned on. Constructing a furnace circuit to raise the output voltage;
Rectification method using a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range, characterized in that consisting of. 제1항에 있어서,
상기 제3멀티플라이어 모드는 전력변환 효율을 높이고 입력전압의 범위를 넓히기 위해 부트스트랩(bootstrap) 회로인 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기를 이용한 정류 방법.The method of claim 1,
And the third multiplier mode is a bootstrap circuit to increase power conversion efficiency and widen the input voltage range. 제2항에 있어서,
상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통하여
VAC의 전류가 먼저 M5의 패스(path)로 흐르게 되고 VOUT _ HALF = VAC - VTH5 을 CL에 충전하는 단계와;
상기 CL이 완충되면 M6의 패스(path)로 전류가 흐르게 되고 VCB = VOUT - VTH6 을 CB에 충전하는 단계;
로 이루어지는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기를 이용한 정류 방법.The method of claim 2,
Through the bootstrap circuit
A current of V AC first flows in a path of M 5 and charges V OUT _ HALF = V AC -V TH5 to C L ;
When the C L is fully buffered, a current flows in a path of M 6 and charging V CB = V OUT −V TH 6 into C B ;
Rectification method using a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range consisting of. 제3항에 있어서,
상기 부트스트랩(bootstrap) 회로의 M3의 VSG 전압은 VSG = VAC - VCB = VAC - (VOUT_HALF - VTH6) 로 정의되고 VSG = |VTH3| 로 보면, 출력 전압은 VOUT _ HALF = VAC - (|VTH3| - VTH5) 가 되어, VTH5 과 VTH3을 상쇄시키면 정류기 상단에서 소모되는 문턱(Threshold) 전압을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기를 이용한 정류 방법.The method of claim 3,
The voltage V SG of M 3 of the bootstrap circuit is defined as V SG = V AC -V CB = V AC- (V OUT_HALF -V TH6 ) and V SG = | V TH3 | The output voltage is V OUT _ HALF = V AC- (| V TH3 |-V TH5 ), and canceling V TH5 and V TH3 eliminates the threshold voltage consumed at the top of the rectifier. Rectification method using a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range characterized by. 제2항에 있어서,
상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통한 능동정류기의 출력전압은 VOUT = VAC - VTH1 ,2인 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기를 이용한 정류 방법.The method of claim 2,
The bootstrap (bootstrap) the output voltage of the active rectifier circuit with the V OUT = V AC - rectifying method using a multi-mode active rectifier having a wide input voltage range, characterized in that V TH1, 2. 입력전압이 낮아서 출력전압이 기준전압 이하가 될 경우 동작하는 초기 상태인 제1멀티플라이어 모드(Multiplier mode 1)와;
출력전압이 기준전압 이상이 될 경우 제5스위치(S5)는 오프(Off)하고 제4스위치(S4)를 온(On)하도록 동작하여 출력전압을 하강시키는 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)와;
상기 제2멀티플라이어 모드(Multiplier mode 2)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 상기 제4스위치(S4)를 오프시키고 제3스위치(S3)를 온하도록 동작하여 출력전압을 하강시키고, 하기 렉티파이어 모드(Rectifier mode)에서 동작하다가 출력전압이 기준전압보다 낮아질 경우에는 제2스위치(S2)를 오프시키고 제1스위치(S1)를 온시켜, 출력 전압을 상승시키는 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)와;
상기 제3멀티플라이어 모드(multiplier mode 3)에서 동작하다가 다시 출력전압이 기준전압 이상이 될 경우에는 제1스위치(S1)를 오프시키고 제2스위치(S2)를 온하도록 동작하여 능동정류기로 동작하는 렉티파이어 모드(Rectifier mode);
로 구성되는 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기.A first multiplier mode 1 which is an initial state operating when the input voltage is low and the output voltage becomes lower than the reference voltage;
When the output voltage is greater than or equal to the reference voltage, the fifth switch S5 is turned off and the fourth switch S4 is turned on to lower the output voltage. Wow;
When the output voltage becomes higher than the reference voltage while operating in the second multiplier mode 2, the fourth switch S4 is turned off and the third switch S3 is turned on to lower the output voltage. When the output voltage is lower than the reference voltage while operating in the rectifier mode, the third multiplier turns off the second switch S2 and turns on the first switch S1 to increase the output voltage. Mode (multiplier mode 3);
In operation in the third multiplier mode (3), when the output voltage becomes higher than the reference voltage, the first switch S1 is turned off and the second switch S2 is turned on to operate as an active rectifier. Rectifier mode;
Multi-mode active rectifier having a wide input voltage range, characterized in that consisting of. 제6항에 있어서,
상기 제3멀티플라이어 모드는 전력변환 효율을 높이고 입력전압의 범위를 넓히기 위해 부트스트랩(bootstrap) 회로인 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기.The method according to claim 6,
And the third multiplier mode is a bootstrap circuit for increasing power conversion efficiency and widening the range of input voltage. 제7항에 있어서,
상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통하여 VAC의 전류가 먼저 M5의 패스(path)로 흐르게 되고 VOUT _ HALF = VAC - VTH5 을 CL에 충전하고, 상기 CL이 완충되면 M6의 path로 전류가 흐르게 되고 VCB = VOUT - VTH6 을 CB에 충전하는 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기.The method of claim 7, wherein
The boot is of V AC current through the straps (bootstrap) circuit, first flows to the M 5 path (path) V OUT _ HALF = V AC - when filling the V TH5 for C L and the C L is buffered M 6 A multi-mode active rectifier with a wide input voltage range, characterized in that current flows through the path of V CB = V OUT -V TH6 to C B. 제8항에 있어서,
상기 부트스트랩(bootstrap) 회로의 M3의 VSG 전압은 VSG = VAC - VCB = VAC - (VOUT_HALF - VTH6) 로 정의되고 VSG = |VTH3| 로 보면, 출력 전압은 VOUT _ HALF = VAC - (|VTH3| - VTH5) 가 되어, VTH5 과 VTH3을 상쇄 시키면 정류기 상단에서 소모되는 문턱(Threshold) 전압을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기.9. The method of claim 8,
The voltage V SG of M 3 of the bootstrap circuit is defined as V SG = V AC -V CB = V AC- (V OUT_HALF -V TH6 ) and V SG = | V TH3 | The output voltage is V OUT _ HALF = V AC- (| V TH3 |-V TH5 ), and canceling V TH5 and V TH3 eliminates the threshold voltage consumed at the top of the rectifier. A multimode active rectifier with a wide input voltage range. 제7항에 있어서,
상기 부트스트랩(bootstrap) 회로를 통한 능동정류기의 출력전압은 VOUT = VAC - VTH1 ,2인 것을 특징으로 하는 넓은 입력 전압 범위를 갖는 다중 모드 능동 정류기.The method of claim 7, wherein
The bootstrap (bootstrap) the output voltage of the active rectifier circuit with the V OUT = V AC - V TH1 , the multi-mode active rectifier having a wide input voltage range, characterized in that 2.
KR1020110061892A 2011-06-24 2011-06-24 Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it KR101188870B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110061892A KR101188870B1 (en) 2011-06-24 2011-06-24 Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110061892A KR101188870B1 (en) 2011-06-24 2011-06-24 Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101188870B1 true KR101188870B1 (en) 2012-10-09

Family

ID=47287599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110061892A KR101188870B1 (en) 2011-06-24 2011-06-24 Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101188870B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000060111A (en) 1998-07-02 2000-02-25 Natl Semiconductor Corp <Ns> Back and boost switched capacitor gain stage having common pause state of option
JP2002238243A (en) 2001-02-07 2002-08-23 Seiko Epson Corp Dc/dc converter and power supply for liquid crystal
JP2006020412A (en) 2004-07-01 2006-01-19 Fumio Ueno Switched capacitor power supply circuit and its switch drive circuit
KR100729058B1 (en) 1999-09-24 2007-06-14 에릭슨 인크. External driving circuit for bridge type synchronous rectification

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000060111A (en) 1998-07-02 2000-02-25 Natl Semiconductor Corp <Ns> Back and boost switched capacitor gain stage having common pause state of option
KR100729058B1 (en) 1999-09-24 2007-06-14 에릭슨 인크. External driving circuit for bridge type synchronous rectification
JP2002238243A (en) 2001-02-07 2002-08-23 Seiko Epson Corp Dc/dc converter and power supply for liquid crystal
JP2006020412A (en) 2004-07-01 2006-01-19 Fumio Ueno Switched capacitor power supply circuit and its switch drive circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9019735B2 (en) Power factor correction circuit and method for controlling power factor correction
US8680821B2 (en) Load adaptive voltage regulator
JP6386346B2 (en) LED driving method and LED driving apparatus
US20180241318A1 (en) Hybrid Full Bridge-Voltage Doubler Rectifier and Single Stage LLC Converter Thereof
CN102097924B (en) Drive control circuit for shunt-wound synchronous rectification tubes and switching power supply
TWI686043B (en) A converter and a power management integrated circuit
CN103929048B (en) A kind of zero cross detection circuit of Switching Power Supply
JP6189786B2 (en) Power supply device and control method of power supply device
TWI711258B (en) Power switch circuit and integrated circuit of power switch controller
JP2017121173A (en) LLC Resonant Type Converter
US9331562B2 (en) Power factor converter with nonlinear conversion ratio
CN104779784A (en) Single-phase power factor corrector with voltage boosting and reduction functions
TWI485543B (en) Power converter and power supplying method thereof
KR101188870B1 (en) Multi-mode active rectifier having wide input voltage range and the method using it
CN101872958B (en) Input voltage under-voltage protection circuit of switching power supply
CN204633599U (en) Power charge pump and use the electric power management circuit of this power charge pump
JP2010074929A (en) Voltage conversion circuit
CN103051214A (en) Synchronous rectifier driving circuit, operating method thereof and power converter merged into synchronous rectifier driving circuit and operating method
KR20150044335A (en) A power supply apparatus and method
KR20150077763A (en) Power supply and gate driver therein
KR102384581B1 (en) Boost converter with decoupling operation
CN204119027U (en) A kind of twin-stage exchange type power converting system of LED control system
CN103124137B (en) Charge pump circuit
JP5954256B2 (en) Control method
TW201807921A (en) Charging device and charging method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee